3. Роль металлов в ферментативном катализе
Не менее важную роль отводят ионам металлов в осуществлении ферментативного катализа.
Участие в электрофильном катализе
Наиболее часто эту функцию выполняют ионы металлов с переменной валентностью, имеющие свободную d-орбиталь и выступающие
в качестве электрофилов. Это, в первую очередь, такие металлы, как Zn2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+. Ионы щёлочно-земельных металлов, такие как Na+ и К+, не обладают этим свойством. В качестве примера можно рассмотреть функционирование фермента карбоангидразы. Карбоангидраза - цинксодержащий фермент, катализирующий реакцию образования угольной кислоты:
СО + H2O ↔ H2CO3.
Ион Zn2+ в результате электрофильной атаки участвует в образовании Н+ и ОН- ионов из молекулы воды:
Протон и гидроксйльная группа последовательно присоединяются к диоксиду углерода с образованием угольной кислоты (см. схему А).
В ходе электрофильного катализа ионы металлов часто участвуют в стабилизации промежуточных соединений.
Участие в окислительно-восстановительных реакциях
Ионы металлов с переменной валентностью могут также участвовать в переносе электронов. Например, в цитохромах (гемсодержащих белках) ион железа способен присоединять и отдавать один электрон:
Благодаря этому свойству цитохромы участвуют в окислительно-восстановительных реакциях.
Другой пример участия ионов металлов в окислительно-восстановительных реакциях - работа фермента дофамингидроксилазы, катализирующего реакцию образования норадреналина при участии витамина С (см. схему Б).
За окислительно-восстановительные свойства у дофамингидроксилазы отвечает ион меди.
Фермент, содержащий ион Сu2+, не вступает в реакцию с молекулой кислорода. При восстановлении Си2+ до Си+ с помощью аскорбиновой кислоты образуется ион меди, способный взаимодействовать с кислородом с образованием перекисного соединения. Далее гидроксильная группа переносится на молекулу дофамина с образованием норадреналина.
4. Роль металлов в регуляции активности ферментов
Иногда ионы металлов выступают в роли регуляторных молекул. Например, ионы Са2+ служат активаторами фермента протеинкиназы С, катализирующего реакции фосфорилирования белков. Ионы Са2+ также изменяют активность ряда кальций-кальмодулинзависимых ферментов (см. подраздел V).
Роль кофакторов, как выяснилось, играют большинство витаминов или соединений построенных с их участием, но не только витамины выступают в роли кофакторов. Кроме того, это некоторые полипептиды, группы нуклеотидов и их производные и, наконец, ионы некоторых металлов. Последние годы в соответствии с химической природой кофакторов появилась классификация:
1) Кофакторы жирного ряда (глютатион, липоевая кислота, долихол фосфат).
2 Кофакторы алифатического ряда (убихинон или коэнзим Q).
3) Кофакторы гетероциклического ряда
а) содержащие витамины (B1) тиоминлирофосфат (В6) перидоксальфосфат (В7) биоцетин (В9) тетрогидрофолат содержащий фоливую кислоту (фолиум - лист)
6) не содержащие витаминов геминовые кофакторы. Основой этих кофакторов является гемовое железо
4 Кофакторы-нуклеотиды
а) содержащие витамины. содержащие витамин В2 (флавинмононуклеотид) (фляос - желтый) (флавинадениндинуклеотид) НАД, НАДФ (РР или В5) HSKoA (пантотеновая кислота ВЗ) Кобамидные коферменты (В 12) содержат кобальт
б) нуклеотиды не витамины. АТФ, уридиндифосфорноглюкуроновая кислота (УДФК), фосфоаденозинфосфосульфат (ФАФС) - активная фосфорная кислота, (ЦТФ) цитидинтрифосфорная кислота.
Ф-ции: АТФ участвует в переносе адениловой и фосфорной кислоты, участвует в реакциях аденилирования и фосфолирирования ФАФС участвует в переносе сульфогрупп УДФК участвует в переносе глюкуроновой кислоты ЦТФ участвует в активации холина и фосфотидной кислоты. Процессы идущие при биосинтезе фосфолипидов.
5 Кофакторы ионов металлов Fe, Mn, Zn, К, Na, Mg, Ca, Сu.